光伏储能发电一体式并网系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏并网系统领域，具体是一种光伏储能发电一体式并网系统。
【背景技术】
[0002] 经过多年的发展，光伏发电正从过去的小规模离网系统，向大规模并网发电方向 发展。但由于光照和温度变化无常，光伏发电站输出的功率并不稳定，导致电压波动。当发 电功率达到一定等级时，功率波动会给电网运行带来危害；当电网故障而断开时，光伏阵列 将停止发电，太阳能利用率不高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种光伏储能发电一体式并网系统，以解决现有技术光伏发 电站并网存在的问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0005] 光伏储能发电一体式并网系统，其特征在于：包括光伏电池组、直流母线、电池管 理系统BMS、变换器组、DC/AC逆变器、滤波器和升压变压器，其中：
[0006] 所述光伏电池组通过BOOST升压变换器接入直流母线；
[0007] 所述电池管理系统BMS由电池堆管理系统BAUS、多个电池簇管理系统B⑶S构成， 多个电池簇管理系统B⑶S分别通过CAN总线或RS485总线与电池堆管理系统BAUS通讯连 接，每个电池簇管理系统B⑶S分别通过CAN总线连接有多个电池模块管理单元BMU，且每 个电池簇管理系统B⑶S分别通过各自连接的电池模块管理单元BMU独立管理不同的电池 簇，所述电池簇由多个蓄电池串联或并联构成，每个电池簇管理系统BCUS连接的电池模块 管理单元BMU-一对应接入对应电池簇中蓄电池的电压信号、温度信号、热量信号，每个电 池簇管理系统B⑶S还直接接入对应电池簇中蓄电池的电流信号，各个电池簇分别输出电 压至变换器组；
[0008] 所述变换器组由变换器组控制器MCU、多个双向DC/DC变换器构成，变换器组控制 器MCU通过CAN总线或RS485总线与电池堆管理系统BAUS通讯连接，多个双向DC/DC变换 器的控制端分别接入变换器组控制器MCU，多个双向DC/DC变换器的输入端一一对应接入 各个电池簇的输出电压，多个双向DC/DC变换器的输出端分别接入直流母线；
[0009] 所述DC/AC逆变器的输入端接入直流母线，DC/AC逆变器的输出端与升压变压器 的初级线圈连接，升压变压器的次级线圈并入高压电网；
[0010] 所述滤波器为LC滤波器，滤波器接入DC/AC逆变器输出端与升压变压器初级线圈 之间。
[0011] 所述的光伏储能发电一体式并网系统，其特征在于：由每个电池簇管理系统BCUS 和其连接的多个电池模块管理单元BMU构成主从式CAN通信网络，主从式CAN通信网络中 电池簇管理系统BCUS为主控单元，多个电池模块管理单元BMU分别为从控单元。
[0012] 所述的光伏储能发电一体式并网系统，其特征在于：所述双向DC/DC变换器包括 开关管Q1-Q4、T1-T2,以及具有一个初级线圈、两个次级线圈N21、N22的变压器T，其中开 关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的源极与开关管Q3的漏极连接，开关管 Q3的源极与开关管Q4的漏极连接，开关管Q1的漏极、开关管Q4的源极之间接入对应电池 簇输出的电压VI，开关管Q1的漏极还依次通过电容Cdl、电容Cd2与开关管Q4的源极连接， 从开关管Q2的源极与开关管Q3的漏极之间引出有导线通过电感k接入变压器T初级线 圈一端，从电容Cdl、电容Cd2之间引出有导线接入变压器T初级线圈另一端，变压器T两次 级线圈N21、N22相互串联，两次级线圈N21、N22串联后一端连接至开关管T1的漏极，两次 级线圈N21、N22串联后另一端连接至开关管T2的漏极，开关管T1、T2的源极共接后作为双 向DC/DC变换器其中一个输出端，从两次级线圈N21、N22中间引出有导线连接电感Lf后作 为双向DC/DC变换器另一个输出端，双向DC/DC变换器两输出端连接至直流母线向直流母 线输出电压V2,且双向DC/DC变换器两输出端之间连接有电容Cf，各个开关管Q1-Q4、T1-T2 的栅极分别接入变换器组控制器MCU。
[0013] 本发明设计了一种光伏储能发电一体式并网系统，将光伏电源与蓄电池在直流侧 并联，作为一个分布式电源整体经同一并网逆变器接入电力系统。
[0014] 本发明优点为：
[0015] 1、首创了光伏发电与储能系统相结合的一体式储能发电系统。采取削峰平谷原 贝1J，较大程度的提高了能源利用率。
[0016] 2、由于储能系统的引入，将光伏这种间歇性能源，与BMS组成功率平抑系统，改善 了传统光伏并网功率波动大等现象，并网较为平稳。
[0017] 3、与光伏发电就近并联独立的储能系统不同，本发明将储能与光伏设计为一个整 体，在充放电控制、电能调度、控制策略等方面都有较大的性能提升。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明系统结构原理图。
[0019] 图2为本发明中双向DC/DC变换器电路图。
[0020] 图3为本发明【具体实施方式】中双向DC/DC变换器控制方案的S0C控制区域示意 图。
[0021] 图4为本发明【具体实施方式】中双向DC/DC变换器控制方案的功率外环电流内环控 制原理图。
[0022] 图5为本发明中电池管理系统BMS结构原理图。
[0023] 图6为本发明中电池管理系统BMS内部结构控制图。
【具体实施方式】
[0024] 如图1、图2、图5、图6所示，光伏储能发电一体式并网系统，包括光伏电池组、直流 母线、电池管理系统BMS、变换器组、DC/AC逆变器、滤波器和升压变压器，其中：
[0025] 光伏电池组通过BOOST升压变换器接入直流母线；
[0026] 电池管理系统BMS由电池堆管理系统BAUS、多个电池簇管理系统B⑶S构成，多个 电池簇管理系统B⑶S分别通过CAN总线或RS485总线与电池堆管理系统BAUS通讯连接， 每个电池簇管理系统B⑶S分别通过CAN总线连接有多个电池模块管理单元BMU，且每个电 池簇管理系统B⑶S分别通过各自连接的电池模块管理单元BMU独立管理不同的电池簇，所 述电池簇由多个蓄电池串联或并联构成，每个电池簇管理系统BCUS连接的电池模块管理 单元BMU-一对应接入对应电池簇中蓄电池的电压信号、温度信号、热量信号，每个电池簇 管理系统BCUS还直接接入对应电池簇中蓄电池的电流信号，各个电池簇分别输出电压至 变换器组；
[0027] 变换器组由变换器组控制器MCU、多个双向DC/DC变换器构成，变换器组控制器 MCU通过CAN总线或RS485总线与电池堆管理系统BAUS通讯连接，多个双向DC/DC变换器 的控制端分别接入变换器组控制器MCU，多个双向DC/DC变换器的输入端一一对应接入各 个电池簇的输出电压，多个双向DC/DC变换器的输出端分别接入直流母线；
[0028] DC/AC逆变器的输入端接入直流母线，DC/AC逆变器的输出端与升压变压器的初 级线圈连接，升压变压器的次级线圈并入高压电网；
[0029] 滤波器为LC滤波器，滤波器接入DC/AC逆变器输出端与升压变压器初级线圈之 间。
[0030] 由每个电池簇管理系统B⑶S和其连接的多个电池模块管理单元BMU构成主从式 CAN通信网络，主从式CAN通信网络中电池簇管理系统B⑶S为主控单元，多个电池模块管理 单元BMU分别为从控单元。
[0031] 双向DC/DC变换器包括开关管Q1-Q4、T1-T2,以及具有一个初级线圈、两个次级线 圈N21、N22的变压器T，其中开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的源极 与开关管Q3的漏极连接，开关管Q3的源极与开关管Q4的漏极连接，开关管Q1的漏极、开 关管Q4的源极之间接入对应电池簇输出的电压VI，开关管Q1的漏极还依次通过电容Cdl、 电容Cd2与开关管Q4的源极连接，从开关管Q2的源极与开关管Q3的漏极之间引出有导线 通过电感k接入变压器T初级线圈一端，从电容Cdl、电容Cd2之间引出有导线接入变压器T 初级线圈另一端，变压器T两次级线圈N21、N22相互串联，两次级线圈N21、N22串联后一端 连接至开关管T1的漏极，两次级线圈N21、N22串联后另一端连接至开关管T2的漏极，开关 管T1、T2的源极共接后作为双向DC/DC变换器其中一个输出端，从两次级线圈N21、N22中 间引出有导线连接电感Lf后作为双向DC/DC变换器另一个输出端，双向DC/DC变换器两输 出端连接至直流母线向直流母线输出电压V2,且双向DC/DC变换器两输出端之间连接有电 容Cf，各个开关管Q1-Q4、T1-T2的栅极分别接入变换器组控制器MCU。
[0032] 电池堆管理系统BAUS由PC工控机构成，电池簇管理系统B⑶S由DSP处理器构成， 电池模块管理单元BMU由低端ARM芯片构成，变换器组控制器也由DSP处理器构成。
[0033] 如图1所示，本发明由光伏电池组、电池管理系统BMS、DC/DC双向变换器组、DC/ AC逆变器、滤波器以及升压变压器构成。电池管理系统BMS通过变换器组，与光伏电池组分 别连接入直流母线Udc。其中，电池管理系统BMS由电池堆管理系统BAUS、电池簇管理系统 B⑶S(内部含有电池模块管理单元BMU)构成。每个B⑶S管理一个电池簇（蓄电池的串并 联），通过双向DC/DC变换器并入直流母线。直流母线Udc经过DC/AC逆变器，逆变为交流 400V，再通过400/10k(或400/35k)升压变压器并入高压电网。
[0034] 1、本发明中，双向DC/DC变换器起到了光伏系统与储能系统能量交换与互补的桥 梁作用，负责蓄电池的充放电控制。当蓄电池充电时，双向DC/DC变换器将作为Buck电路 使用，放电时，则作为Boost电路使用。
[0035] 如图2所示，图2采用对称结构，各开关管承受的电压应力仅为输入直流电压的一 半，适用于高压大功率场合，低压侧采用推挽电路，开关管数量少，结构简单，在负载出现短 路时可靠性高。
[0036] 本发明中，双向DC/DC变换器控制方案如下：
[0037] 为使光伏并网功率满足分钟级有功功率变化量限值的要求，提出一种利用电 池储能系统平滑光伏功率输出波动并以电池储能系统S0C为约束条件的能量管理控制策 略。
[0038]AP=min(PL1,0.1XPL10) (1)
[0039] 式中：AP为分钟级允许光伏功率波动的功率变化量；PU、Pu。为光伏功率波动分 钟/1〇分钟级最大有功功率变化量限值。
[0040] 设当前k时刻的光伏输出功率SPv(k);前一时刻的光储合成输出功率值 P^Jk-l);自当前时刻起lOmin内的合成输出功率值与匕〇〇差值最大的光储合成输出功 率值为Uk-n);
[0041] AP"k) = |Pv(k)-Pv(k-l) | ⑵
[0042] AP10(k) = |Pv(k)-Pout(k-n) (3)
[0043] 根据不同的光伏功率波动工况，确定k时刻的电池储能系统的功率Pbat (k)输出范 围：
[0044]①当APiGO>PL1时，
[0045] 丨P6at.(k)f[AP: (k) -AP.，APi.(k.) + 么P] (4)